EP0127577A2

EP0127577A2 - Verfahren zum Giessen eines Stranges insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung

Info

Publication number: EP0127577A2
Application number: EP84810226A
Authority: EP
Inventors: Walter Haller
Original assignee: Alusuisse Holdings AG; Schweizerische Aluminium AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1983-05-26
Filing date: 1984-05-10
Publication date: 1984-12-05
Also published as: AU2808884A; FR2546429A1; EP0127577A3

Abstract

Bei einem Verfahren zum Giessen eines Stranges, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, durch eine Giesskokille unter Kühlung des entstehenden Stranges mittels Kohlendioxid enthaltendem Wasser wird die dem Wasser zugesetzte Menge an Kohlendioxid während des Anfahrvorganges konstant gehalten, jedoch seine Konzentration innerhalb des Kühlmittels durch Erhöhung des Wasserzuflusses vermindert. Gleichzeitig wird der thermische Kontakt zwischen Strangoberfläche und Kühlwasser erhöht.

Die Zufuhr des Kohlendioxids soll nach dem Anfahrvorgang oder nach Unterschreiten eines bestimmten Kohlendioxidkonzentrationswertes unterbrochen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Giessen eines Stranges, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, durch eine Giesskokille unter Kühlung des entstehenden Stranges mittels Kohlendioxid enthaltenden Wassers.
Beim Stranggiessen mit direkter Kühlung wird dem aus der Kokille austretenden Gussstrang durch Beaufschlagen der Strangoberfläche mit Kühlmittel unmittelbar unterhalb der Kokille Wärme entzogen. Während des Anfahrvorganges berührt das Kühlmittel zunächst nur den Anfahrboden. Der hierbei eintretende indirekte Wärmeentzug führt zu einer milden Erstarrung des flüssigen Metalls und zu einer ebenen Ausbildung des Strangfusses. Mit fortschreitendem Absenken des Anfahrbodens trifft das Kühlmittel direkt auf die Oberfläche des Stranges auf, was mit einer sprunghaften Erhöhung der Wärmeabfuhr aus dem Gussstrang verbunden ist. Die als Folge dieses Temperaturschocks auftretenden Wärmespannungen sind grösser als die Dehnungsfestigkeit des Gussstranges und führen zu einer bleibenden Verformung in Form einer konvexen Wölbung des Strangfusses und bei Ueberschreiten der Zerreissfestigkeit überdies zu Rissen im Strang. Um einen Gussstrang mit ebenem Fuss zu erhalten, darf der Strang demzufolge während des Anfahrvorganges nicht zu stark gekühlt werden.
Hierzu wurde in der US-PS 3 441 079 vorgeschlagen, das Kühlmittel in der Anfahrphase intermittierend auf den Gussstrang aufzubringen. Nachteilig wirkt sich dabei aus, dass infolge der intermittierenden Kühlmittelstrahlen sich unterschiedliche thermische Erstarrungsmuster im Gussstrang ergeben.
Die DE-AS 12 93 956 behandelt ein Verfahren zum Kühlen von stranggegossenen dünnen Bändern, Platten od.dgl., bei dem ein Wasser-Luft-Gemisch in der Kokille ejektorartig erzeugt und vor Austritt zur direkten Kühlung, d.h. der Kühlung durch direktes Aufbringen des Kühlmittels auf das dünne Band od.dgl. selbst, für die indirekte Kühlung, d.h. die Kühlung über die Stege der Kokille, verwendet wird. Die Sumpftiefe und/oder die Temperatur des gegossenen dünnen Bandes wird durch Variierung der Luft- und/oder Wassermenge gesteuert. Da das Wasser-Luft-Gemisch als Nebel insbesondere während der direkten Kühlung versprüht wird, ist eine gezielte Steuerung der Kühlung nicht möglich. Dies gilt um so mehr für den Vorschlag nach der DE-AS 12 93 956, dass die Wassermenge zum Zwecke einer indirekten Kühlung des Gussstranges innerhalb des Kokilleninnenraumes, d.h. während der indirekten Kühlung, und die Luftmenge bei der direkten Kühlung gesteigert werden soll. Dadurch kann ein Gussstrang nicht gezielt und schon gar nicht kontinuierlich mit einem Kühlmittel beaufschlagt werden.
Eine weitere Ausgestaltung des oben genannten Verfahrens findet sich in der DE-OS 24 08 285. Zum Kühlen des aus der Kokille austretenden Gussstranges wird ebenfalls ein Wasser-Luft-Gemisch verwendet. Zunächst fliesst dabei Kühlwasser unter Druck in Wasserkammern bzw. Kanäle der Kokille und kühlt die Arbeitsflächen des formgebenden Kokillenraumes. Danach tritt es aus der Kokille aus und kühlt das Gussband direkt. Infolge unterschiedlicher Querschnitte der Kühlmittelaustrittsöffnungen und zusätzlicher Luftspalten wird Luft aus letzeren nach dem Prinzip eines Wasserstrahlpumpeneffektes angesogen. Diese Luft bleibt jedoch nur mit geringem Einfluss auf die Kühlleistung in dem Kühlwasser. Zudem dürfte auch hier eine Steuerung der Kühlung sehr problematisch sein, da beispielsweise bei Erhöhung der Zugabe von Kühlwasser auch wesentlich mehr Luft angesaugt wird, dadurch jedoch nicht unbedingt eine bessere Wirkung der Kühlung, sondern lediglich eine verstärkte Vernebelung des Luft-Wasser-Gemisches erzeugt wird.
Aus der DE-OS 29 09 990 ist nun ein Verfahren zum Stranggiessen von Metallblöcken bekannt, bei dem die Geschwindigkeit, mit der Wärme durch das flüssige Kühlmittel vom Gussstrang abgeführt wird, zumindest während des Anfahrvorganges verlangsamt wird. Hierzu wird ein Gas, vorzugsweise Kohlendioxid, unter Druck dem Kühlmittel beigemischt. Das auf diese Weise gelöste Gas bildet beim Auftreffen des Kühlmittels auf der Strangoberfläche einen den Wärmeabfluss vermindernden Isolierfilm, welcher eine Herabsetzung der Kühlintensität zur Folge hat.
Nach Beendigung des Anfahrvorganges erfolgt eine Erhöhung der Wärmeabfuhrgeschwindigkeit durch Verringerung der Menge des dem Kühlmittel beigemischten Gases.
Der wesentlichste Nachteil dieses Verfahrens liegt in seiner Aufwendigkeit, was insbesondere die zur Lösung des Gases im Kühlmittel erforderlichen Misch- und Kontrolleinrichtungen anbelangt. Ebenso bleibt eine Steuerung der Kühlung von der Löslichkeit des Gases in dem flüssigen Kühlmittel abhängig, welche von diversen unterschiedlichen Parametern bestimmt ist, die unter anderem auch von den sich ändernden Bedingungen während des gesamten Giessvorganges abhängen.
Der Erfinder hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren der oben genannten Art zu entwickeln, welches diese Nachteile behebt und mittels dessen insbesondere eine genaue Steuerung des Kühlvorganges sowohl in bezug auf die Phase der indirekten als auch der direkten Kühlung möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt ein Verfahren, bei dem die dem Wasser zugesetzte Menge an Kohlendioxid während des Anfahrvorganges konstant gehalten, jedoch seine Konzentration innerhalb des Kühlmittels durch Erhöhung des Wasserzuflusses vermindert, sowie dadurch gleichzeitig der thermische Kontakt zwischen Strangoberfläche und Kühlwasser erhöht wird.
Das bedeutet, dass die Wirkung des Kohlendioxids nicht mehr von seiner Löslichkeit innerhalb des Kühlmittelwassers abhängt, denn es wird eine vorbestimmt und mögliche Konzentration eines Wasser-Kohlendioxid-Gemisches verwendet, für die eine Sättigungsgrenze oder andere schwer definierbare Grenzwerte unerheblich sind. Beeinflusst wird die wärmeisolierende Eigenschaft des Kohlendioxids bei der Kühlung des Gussstranges durch Herabsetzung seiner Konzentration sowie durch Erhöhung der Energie bzw. Geschwindigkeit des Kühlwassers, welche auf einfache Weise durch Erhöhung des Wasserzuflusses möglich ist. Dadurch gelangt mehr Kühlwasser auf die Strangoberfläche, da der "Isolierfilm" des Kohlendioxids immer dünner und durchlässiger wird. Schlussendlich zerreisst der "Film" ganz, und die bekannte Kühlwirkung des Wassers kann sich ausschliesslich entfalten. Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, die Kohlendioxidzufuhr entweder bei einem vorbestimmten Wert der Kohlendioxidkonzentration im Kühlmittel oder spätestens am Ende des Anfahrvorganges vollständig zu unterbrechen.
Wesentliches Augenmerk wird darauf gerichtet, dass das Wasser-Kohlendioxid-Gemisch zu Anfang ein derartiges Lösungsverhältnis aufweist, dass der Thermoschock zwischen der von der Kokille ausgehenden indirekten Kühlung und der beim Absenken eines Anfahrbodens od.dgl. einsetzenden direkten Kühlung möglichst gering ist. Gleichzeitig ist dieses Lösungsverhältnis auch der oberste notwendig zu erreichende Wert der Konzentration des Kohlendioxids im Wasser, dessen Absenkung durch Zugabe von Wasser keine Schwierigkeit mit sich bringt, während eine Reduzierung der Kohlendioxidmenge bei gleicher Wassermenge von der Unwägbarkeit der tatsächlich gelösten Kohlendioxidmenge begleitet ist. Es liegt deshalb im Rahmen der Erfindung, ein Kohlendioxid-WasserGemisch einer bestimmten Konzentration schon vor dem Anfahren in einem Tank od.dgl. bereit zu stellen und diesem dann während des Anfahrvorganges zusätzliches Wasser zuzusetzen. Ebenso ist es möglich, in einer Mischeinrichtung Kohlendioxid und Wasser als Kühlmittel laufend vorzubereiten und den Wasseranteil laufend zu erhöhen.
In jedem Fall hat es sich gezeigt, dass durch die erfindungsgemäss Steuerung der Kühlung Gussstränge mit minimalen Querschnittänderungen insbesondere im Bereich des Strangfusses hergestellt werden können.

Claims

1. Verfahren zum Giessen eines Stranges, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, durch eine Giesskokille unter Kühlung des entstehenden Stranges mittels Kohlendioxid enthaltendem Wasser,
dadurch gekennzeichnet,
dass die dem Wasser zugesetzte Menge an Kohlendioxid während des Anfahrvorganges konstant gehalten, jedoch seine Konzentration innerhalb des Kühlmittels durch Erhöhung des Wasserzuflusses vermindert sowie dadurch gleichzeitig der thermische Kontakt zwischen Strangoberfläche und Kühlwasser erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr des Kohlendioxids nach dem Angussvorgang oder nach Unterschreiten eines bestimmten Kohlendioxidkonzentrationswertes unterbrochen wird.